Kynning

Ljós gegnir lykilhlutverki í vaxtarferli plantna.Það er besti áburðurinn til að stuðla að frásogi blaðgrænu plantna og frásog ýmissa vaxtar eiginleika plantna eins og karótín.Hins vegar er afgerandi þátturinn sem ákvarðar vöxt plantna alhliða þáttur, ekki aðeins tengdur ljósi, heldur einnig óaðskiljanlegur frá uppsetningu vatns, jarðvegs og áburðar, vaxtarumhverfisaðstæðna og alhliða tæknilegrar eftirlits.

Undanfarin tvö eða þrjú ár hafa verið endalausar skýrslur um beitingu hálfleiðaraljósatækni varðandi þrívíddar plöntuverksmiðjur eða vöxt plantna.En eftir að hafa lesið hana vandlega er alltaf einhver óróleg tilfinning.Almennt séð er enginn raunverulegur skilningur á því hvaða hlutverki ljós ætti að gegna í vexti plantna.

Fyrst skulum við skilja litróf sólarinnar eins og sést á mynd 1. Sjá má að sólarrófið er samfellt litróf, þar sem bláa og græna litrófið eru sterkari en rauða litrófið og sýnilega ljósrófið nær frá kl. 380 til 780 nm.Vöxtur lífvera í náttúrunni tengist styrkleika litrófsins.Til dæmis vaxa flestar plöntur á svæðinu nálægt miðbaug mjög hratt og á sama tíma er vöxtur þeirra tiltölulega mikill.En mikil styrkleiki sólargeislunar er ekki alltaf betri og það er ákveðinn valhæfileiki fyrir vöxt dýra og plantna.

Mynd 1, Einkenni sólarrófsins og sýnilegt ljósróf þess

Í öðru lagi er annað litrófsskýringarmyndin af nokkrum helstu frásogsþáttum plantnavaxtar sýnd á mynd 2.

Mynd 2, Frásogsróf nokkurra auxíns í vexti plantna

Það má sjá á mynd 2 að ljósgleypnisvið nokkurra lykilauxína sem hafa áhrif á vöxt plantna eru verulega mismunandi.Þess vegna er notkun LED plöntuvaxtarljósa ekki einfalt mál, heldur mjög markviss.Hér er nauðsynlegt að kynna hugtökin um tvo mikilvægustu ljóstillífandi plöntuvaxtarþættina.

• Klórófyll

Klórófyll er eitt mikilvægasta litarefnið sem tengist ljóstillífun.Það er til í öllum lífverum sem geta myndað ljóstillífun, þar á meðal grænum plöntum, dreifkjarnablágrænþörungum (blómabakteríum) og heilkjörnungaþörungum.Klórófyll gleypir orku frá ljósi sem er síðan notað til að breyta koltvísýringi í kolvetni.

Klórófyll a gleypir aðallega rautt ljós og blaðgræna b dregur aðallega í sig bláfjólubláu ljósi, aðallega til að greina skuggaplöntur frá sólplöntum.Hlutfall blaðgrænu b og blaðgrænu a í skuggaplöntum er lítið og því geta skuggaplöntur notað blátt ljós mikið og lagað sig að því að vaxa í skugga.Klórófyll a er blágræn og blaðgræna b er gulgræn.Það eru tvær sterkar frásog blaðgrænu a og blaðgrænu b, önnur á rauða svæðinu með bylgjulengd 630-680 nm og hin á bláfjólubláa svæðinu með bylgjulengd 400-460 nm.

• Karótenóíð

Karótenóíð eru almennt hugtak fyrir flokk mikilvægra náttúrulegra litarefna, sem eru almennt að finna í gulum, appelsínurauðum eða rauðum litarefnum í dýrum, háplöntum, sveppum og þörungum.Hingað til hafa meira en 600 náttúruleg karótenóíð fundist.

Ljós frásog karótenóíða nær yfir bilið OD303 ~ 505 nm, sem gefur lit matarins og hefur áhrif á matarinntöku líkamans.Hjá þörungum, plöntum og örverum er liturinn hulinn blaðgrænu og getur ekki komið fram.Í plöntufrumum gleypa karótenóíðin sem framleidd eru ekki aðeins og flytja orku til að hjálpa ljóstillífun, heldur hafa þau einnig það hlutverk að vernda frumur frá því að verða eytt af spenntum einrafeinda súrefnissameindum.

Einhver hugmyndalegur misskilningur

Óháð orkusparandi áhrifum, sértækni ljóss og samhæfingu ljóss, hefur hálfleiðaralýsing sýnt mikla kosti.Hins vegar, frá hraðri þróun undanfarinna tveggja ára, höfum við einnig séð mikinn misskilning í hönnun og beitingu ljóss, sem endurspeglast aðallega í eftirfarandi þáttum.

①Svo lengi sem rauðu og bláu flögurnar af ákveðinni bylgjulengd eru sameinaðar í ákveðnu hlutfalli er hægt að nota þau í plönturæktun, til dæmis er hlutfall rauðs og blátts 4:1, 6:1, 9:1 og svo á.

②Svo lengi sem það er hvítt ljós getur það komið í stað sólarljóssins, eins og þriggja aðal hvíta ljósrörið sem er mikið notað í Japan, osfrv. Notkun þessara litróf hefur ákveðin áhrif á vöxt plantna, en áhrifin eru ekki eins góður og ljósgjafinn framleiddur af LED.

③Svo lengi sem PPFD (létt skammtaflæðisþéttleiki), mikilvægur breytu lýsingar, nær ákveðinni vísitölu, til dæmis er PPFD meiri en 200 μmól·m-2·s-1.Hins vegar, þegar þú notar þennan vísi, verður þú að fylgjast með því hvort það er skuggaplanta eða sólplanta.Þú þarft að spyrjast fyrir um eða finna ljósjöfnunarmettunarpunkt þessara plantna, sem einnig er kallaður ljósuppbótarpunktur.Í raunverulegri notkun eru plöntur oft brenndar eða visnar.Þess vegna verður hönnun þessarar breytu að vera hönnuð í samræmi við plöntutegund, vaxtarumhverfi og aðstæður.

Varðandi fyrsta þáttinn, eins og hann var kynntur í inngangi, ætti litrófið sem þarf til vaxtar plantna að vera samfellt litróf með ákveðinni dreifingarbreidd.Það er augljóslega óviðeigandi að nota ljósgjafa úr tveimur tilteknum bylgjulengdarflögum af rauðum og bláum með mjög þröngu litróf (eins og sýnt er á mynd 3(a)).Í tilraunum kom í ljós að plöntur hafa tilhneigingu til að vera gulleitar, laufstilkarnir eru mjög léttir og laufstönglarnir mjög þunnir.

Fyrir flúrrör með þremur aðallitum sem almennt voru notaðir á árum áður, þótt hvítt sé tilbúið, eru rauð, græn og blá litróf aðskilin (eins og sýnt er á mynd 3(b)), og breidd litrófsins er mjög þröng.Litrófsstyrkur eftirfarandi samfellda hluta er tiltölulega veik og krafturinn er enn tiltölulega mikill miðað við LED, 1,5 til 3 sinnum orkunotkun.Þess vegna eru notkunaráhrifin ekki eins góð og LED ljós.

Mynd 3, Rauður og blár flís LED plöntuljós og þriggja aðal lita flúrljómandi ljósróf

PPFD er ljósskammtaflæðisþéttleiki, sem vísar til áhrifaríks geislunarljósflæðisþéttleika ljóss í ljóstillífun, sem táknar heildarfjölda ljóskvanta sem falla á plöntublaðstilka á bylgjulengdarbilinu 400 til 700 nm á tímaeiningu og flatarmálseiningu. .Eining þess er μE·m-2·s-1 (μmól·m-2·s-1).Ljóstillífandi virk geislun (PAR) vísar til heildar sólargeislunar með bylgjulengd á bilinu 400 til 700 nm.Það er hægt að tjá annað hvort með ljósskammtum eða með geislaorku.

Áður fyrr var ljósstyrkurinn sem endurkastast af ljósamælinum birta, en litróf plantnavaxta breytist vegna hæðar ljósabúnaðar frá plöntunni, ljósþekju og hvort ljósið kemst í gegnum laufblöðin.Þess vegna er ekki rétt að nota par sem vísbendingu um ljósstyrk í rannsóknum á ljóstillífun.

Almennt er hægt að hefja ljóstillífun þegar PPFD sólelskandi plöntunnar er stærri en 50 μmól·m-2·s-1, en PPFD í skuggalegu plöntunni þarf aðeins 20 μmól·m-2·s-1 .Þess vegna, þegar þú kaupir LED vaxtarljós, getur þú valið fjölda LED vaxtarljósa út frá þessu viðmiðunargildi og tegund plantna sem þú plantar.Til dæmis, ef PPFD einnar LED ljósdóður er 20 μmól·m-2·s-1, þarf meira en 3 LED plöntuperur til að rækta sólelskandi plöntur.

Nokkrar hönnunarlausnir á hálfleiðaralýsingu

Hálfleiðaralýsing er notuð fyrir plöntuvöxt eða gróðursetningu og það eru tvær grundvallarviðmiðunaraðferðir.

• Sem stendur er gróðursetningarlíkanið innanhúss mjög heitt í Kína.Þetta líkan hefur nokkra eiginleika:

①Hlutverk LED ljósa er að veita allt litróf plöntulýsingar, og ljósakerfið er nauðsynlegt til að veita alla lýsingarorku og framleiðslukostnaður er tiltölulega hár;
②Hönnun LED vaxtarljósa þarf að huga að samfellu og heilleika litrófsins;
③ Nauðsynlegt er að stjórna lýsingartíma og lýsingarstyrk á áhrifaríkan hátt, svo sem að láta plönturnar hvíla í nokkrar klukkustundir, styrkleiki geislunarinnar er ekki nægur eða of sterkur osfrv.;
④ Allt ferlið þarf að líkja eftir þeim aðstæðum sem krafist er af raunverulegu ákjósanlegu vaxtarumhverfi plantna utandyra, svo sem rakastig, hitastig og styrkur CO2.

• Útiplöntunarstilling með góðum gróðurhúsagrunni utandyra.Einkenni þessa líkans eru:

①Hlutverk LED ljósa er að bæta ljósið.Önnur er að auka ljósstyrkinn á bláu og rauðu svæði undir geislun sólarljóss á daginn til að stuðla að ljóstillífun plantna, og hin er að bæta upp þegar ekkert sólarljós er á nóttunni til að stuðla að vaxtarhraða plantna
②Viðbótarljósið þarf að íhuga á hvaða vaxtarstigi plöntan er, eins og ungplöntutímabilið eða blómgunar- og ávaxtatímabilið.

Þess vegna ætti hönnun LED plöntuvaxtarljósa fyrst að hafa tvær grunnhönnunarstillingar, nefnilega 24 klst lýsingu (inni) og plöntuvaxtabótalýsing (utandyra).Fyrir plönturæktun innanhúss þarf hönnun LED vaxtarljósa að huga að þremur þáttum, eins og sýnt er á mynd 4. Ekki er hægt að pakka flögum með þremur aðallitum í ákveðnu hlutfalli.

Mynd 4, Hönnunarhugmyndin um að nota LED plöntuhvataljós innanhúss fyrir 24 klst lýsingu

Til dæmis, fyrir litróf á leikskólastigi, miðað við að það þarf að styrkja vöxt róta og stilka, styrkja greiningu laufblaða og ljósgjafinn er notaður innandyra, er hægt að hanna litrófið eins og sýnt er á mynd 5.

Mynd 5, Spectral mannvirki sem henta fyrir LED innandyra leikskólatímabil

Fyrir hönnun annarrar tegundar LED vaxtarljóss er það aðallega miðað að hönnunarlausninni að bæta við ljósi til að stuðla að gróðursetningu í grunni gróðurhúsa úti.Hönnunarhugmyndin er sýnd á mynd 6.

Mynd 6, Hönnunarhugmyndir um ræktunarljós utandyra 

Höfundur leggur til að fleiri gróðursetningarfyrirtæki taki upp seinni valkostinn til að nota LED ljós til að stuðla að vexti plantna.

Í fyrsta lagi hefur gróðurhúsaræktun utandyra í Kína áratugi mikið magn og fjölbreytta reynslu, bæði í suðri og norðri.Það hefur góðan grunn af gróðurhúsaræktunartækni og býður upp á mikinn fjölda ferskra ávaxta og grænmetis á markaðnum fyrir nærliggjandi borgir.Sérstaklega á sviði jarðvegs- og vatns- og áburðarplöntunar hafa verið gerðar ríkulegar rannsóknarniðurstöður.

Í öðru lagi getur slík viðbótarljóslausn dregið verulega úr óþarfa orkunotkun og á sama tíma aukið afrakstur ávaxta og grænmetis í raun.Að auki er stórt landfræðilegt svæði Kína mjög þægilegt til kynningar.

Sem vísindarannsókn á LED plöntulýsingu veitir það einnig breiðari tilraunagrundvöll fyrir það.Mynd 7 er eins konar LED vaxtarljós þróað af þessu rannsóknarteymi sem hentar vel til ræktunar í gróðurhúsum og er litróf þess sýnt á mynd 8.

Mynd 7, Eins konar LED vaxtarljós

Mynd 8, litróf eins konar LED vaxtarljós

Samkvæmt ofangreindum hönnunarhugmyndum framkvæmdi rannsóknarhópurinn röð tilrauna og tilraunaniðurstöðurnar eru mjög mikilvægar.Til dæmis, fyrir vaxtarljós á meðan á leikskóla stendur, er upprunalega lampinn sem notaður er flúrpera með 32 W afl og 40 daga hringrás í leikskólanum.Við bjóðum upp á 12 W LED ljós, sem styttir plöntuhringinn í 30 daga, dregur í raun úr áhrifum hitastigs lampanna á ungplöntuverkstæðinu og sparar orkunotkun loftræstikerfisins.Þykkt, lengd og litur græðlinganna eru betri en upprunalega ræktunarlausnin.Fyrir plöntur af algengu grænmeti hafa einnig fengist góðar sannprófunarniðurstöður sem eru teknar saman í eftirfarandi töflu.

Meðal þeirra, viðbótarljósahópurinn PPFD: 70-80 μmól·m-2·s-1, og rauðbláa hlutfallið: 0,6-0,7.Bil PPFD gildi náttúrulega hópsins á daginn var 40~800 μmól·m-2·s-1 og hlutfall rauðs og blátts var 0,6~1,2.Það má sjá að ofangreindar vísbendingar eru betri en náttúrulega ræktaðar plöntur.

Niðurstaða

Þessi grein kynnir nýjustu þróunina í notkun LED vaxtarljósa í plönturæktun og bendir á misskilning í beitingu LED vaxtarljóss í plönturæktun.Að lokum eru tæknilegar hugmyndir og áætlanir um þróun LED vaxtarljósa sem notuð eru til plönturæktunar kynntar.Rétt er að benda á að það eru líka nokkrir þættir sem þarf að hafa í huga við uppsetningu og notkun ljóssins, svo sem fjarlægð milli ljóssins og plöntunnar, geislunarsvið lampans og hvernig á að beita ljósinu með venjulegt vatn, áburður og jarðvegur.

Höfundur: Yi Wang o.fl.Heimild: CNKI